JPS6313512A - 弾性表面波共振子 - Google Patents

弾性表面波共振子

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JPS6313512A
JPS6313512A JP15602586A JP15602586A JPS6313512A JP S6313512 A JPS6313512 A JP S6313512A JP 15602586 A JP15602586 A JP 15602586A JP 15602586 A JP15602586 A JP 15602586A JP S6313512 A JPS6313512 A JP S6313512A
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JP
Japan
Prior art keywords
film thickness
surface acoustic
acoustic wave
resonator
film
Prior art date
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Pending
Application number
JP15602586A
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English (en)
Inventor
Norio Hosaka
憲生 保坂
Takashi Shiba
隆司 芝
Takemitsu Takema
武馬 威光
Jun Yamada
純 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication of JPS6313512A publication Critical patent/JPS6313512A/ja
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  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は弾性表面波共振子に係り、特にUHF帯以上の
高周波信号に共振する弾性表面波共振子に関する。
〔従来の技術〕
弾性表面波共振子はVHF帝およびUHF帯において基
本波発振信号を発生することが可能であり、発振回路の
小型化、高安定化を図ることができるため、民生用ある
いは通信機器用の発振器に利用され始めている。弾性表
面波共振子では、一般に圧電性基板の表面に弾性表面波
を励振するためのくし形電極が設けられ、その両側に位
置する弾性表面波の伝搬路上に多数の金属ス) IJツ
ブから成るグレーティング反射器が配置されており、く
し形電極で励磁された弾性表面波のうちグレーティング
反射器の配列の周期に一致した表面波がもっとも強く反
射され、周波数特性上に鋭いピークとして現われる。こ
の時ピークの周波数(以下、ピーク周波数と略す)に対
応した定在波が弾性表面波共振子内に存在しており、定
在波の応力により金属ストリップが劣化することが知ら
れている。
このよ・うな劣化の報告としては、江畑らの「sAv共
振子におけるM薄膜のメタルマイグレーシロン」(電子
通信学会論文誌’84/3vol、 J 67− CA
3FF、 27B −285)と題する論文があり、劣
化のメカニズムは弾性表面波の繰り返し応力による疲労
破壊であることが示唆されている。したがって、UHF
帯以上の高周波では劣化はいっそう深刻な問題となる。
さらに、弾性JjM面波面直装置属薄膜材料としては、
一般に、成膜および加工のしやすさから、アルミニウム
が用いられており、これも劣化の生じやすい一因となっ
ている。
以上のような疲労破壊による金属薄膜の劣化は素子を長
期間動作させた場合、ピーク周波数の変動や損失の増大
として現われ、素子の信頼性を著しく損うものである。
そ仁で、このような弾性表面波による金属薄膜の疲労破
壊を防止するため。
従来、金属材料の工夫が糧々提案されている。例えば、
アルミニウム合金を用いれば、アルミニウムの成膜およ
び加工の容易さを保ったまま薄膜の強度を増すことが可
能である。特に銅を含有したアルミニウム合金は高耐力
材としてバルク材ではよく知られており、弾性表面波共
振子に利用した例として特開昭57−1o+415号が
ある。銅等の不純物の含有による劣化防止のメカニズム
は明らかではないが、不純物が結晶粒界に析出し、粒界
移動を防止するためと考えられている。ところで従来技
術ではloO+srn以上の膜厚を有する薄膜で電極お
よび金属ストリップを構成していた。これは以下の理由
による。UHF帯弾性表面波共振子ではくし形電極およ
びグレーティング反射器のパターン線幅は数μ扉からサ
ブμmとなり、このような微細パターンを作成するには
高度のホトリソグラフィ技術が必要である。特に、素子
の特性はパターン線幅および薄膜の膜厚に敏感であり、
製造プロセスにおいて、これらの精度管理が重要となる
。エツチングによるパターン作成では、膜厚は薄い方が
精度が向上するが、100賎以下では成膜後ピンホール
が発生しやすく取り扱いに厳重な注意が必要である、成
膜時の安定性が悪い、電極パターン形成時の信頼性が保
たれない、およびグレーディング反射器の反射率が低下
する等の問題があり、素子特性の再現性が極端に低下し
ている。したがって、以上述べたような理由から従来は
膜厚が1100n以上の薄膜で弾性表面波共振子を構成
することが行われている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記アルミニウム合金を用いて信頼性を向上す3 ・ る従来技術はVIIF帯弾性光弾性表面波共振子比較的
に発振出力の小さいUHF帯弾性表面波共振子では大き
な効果があるが、発振出力が大きくなる程また、周波数
が高(なる程、初期の性能が維持される素子の動作時間
、つまり、素子の寿命が短くなる傾向にある。これは、
前述したように弾性表面波共振子の金属ス) IJツブ
の劣化は疲労破壊に起因するものと考えられ、同一発振
出力であっても、高周波である程、単位時間に金属スト
リップがうける応力の繰り返し回数が増すためと考えら
れる。したがって、UHF帯以上の高周波では、比較的
発振出力が大きい場合、従来技術では所望の信頼性が得
られない問題があった。
本発明の目的は上記従来技術の欠点を改善し。
UHF帯以上の高周波でも素子の信頼性が満足される弾
性表面波共振子を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、寿命を決める要因として金属
材料以外に、電極の構成について検討した結果、くし形
電極の対数およびグレーティング、−4。
反射器のス)IJツブ本数等はあまり寿命に影蕃せず、
上記電極および金属ス) IJツブを構成する薄膜の膜
厚により素子の寿命が著しく変化することを見い出した
。これにより本発明は、弾性表面波共振子の信頼性向上
に適した膜厚を有するくし形電極および金属ストリップ
から成るグレーティング反射器で素子を構成し、UHF
帯以上の高周波数帯域でも信頼性を確保したものである
〔作用〕
膜厚の薄い電極および金属ストリップを用いることによ
る素子寿命向上の理由は明らかではないが、実験的に薄
膜の内部応力および結晶粒の大きさが関数としてきいて
いることが分っている。例えばスパッタ法で作成した薄
膜は蒸着法により作成した薄膜と比較して寿命が長い結
果が実験的に得られている。この場合、作成された薄膜
はスパッタ法では結晶粒が小さく圧縮応力が働き、一方
蒸着法では結晶粒は比較的太きく引張り応力が働く傾向
がある。このように、金属薄膜は作成法によって構造お
よび内部応力等が変化する。本発明の金属薄膜はスパッ
タ法によって作成した薄膜に似た構造を有していると考
えられるが、弾性表面波による劣化に対しては、スパッ
タ法による薄膜よりさらに長寿命の結果が得られており
、弾性表面波共振子の信頼性向上にもつとも適した膜構
造を有していると考えられる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。本発
明の弾性表面波共振子はCATVコンバータの局部発振
器に用いるUIIF帯2ボート型弾性表面波共振子であ
る。圧電性基板1には温度特性が良好なことからsrカ
ットX伝搬水晶基板を用いており、この基板表面に電子
ビーム蒸着法によりアルミニウム合金薄膜を作成した。
合金薄膜材料として、従来信頼性向上のため用いられて
いたアルミニウムー銅合金を用い、従来と同様に110
0nの膜厚と本発明により50nmの膜厚で電極および
金属ス) IJツブを構成して、寿命の比較検討を行っ
た・ 電極は、まず膜厚A、=0.6μ簿の蒸着膜を作成して
ポンディングパッド4を作成した後、膜厚h=50また
は100鴎の蒸着膜で入出力くし形電極2およびグレー
ティング反射器3を形成した。ここで、前述したように
100wyx以下の膜厚では薄膜の信頼性に種々の問題
が発生するが、使用する材料、薬品、純水および作業方
法等を厳重に管理することで問題点を解決することがで
きた。蒸着には、d98重量−−Cμ2重量%の材料を
用いたが、蒸着膜の組成を分析した結果は、M99.5
重量−一〇u0.7重量−の組成であった。
本実施例の弾性表面波共振子はピーク周波数が668M
Hzで、くシ形電極の電極指5およびグレーティング反
射器の金属ス) IJツブ5の線幅は約12μ簿、形成
周期は約2.4μmである。また、くシ形電極の対数は
60本、反射器の金属ストリップの本数は500本とし
、開口は800μ簿とした。
第2図は周波数特性の一例である。50Ω系での負荷Q
は505G 、損失は6.4dBであった。
第5図は上記弾性表面波共振子の寿命試験結果の一例で
ある。パラメータとして入力電力をとり、 7 。
また動作時の周囲温度を80℃として温度加速を行った
。同図で横軸は動作時間であり、縦軸にはピーク周波数
の変化をとって示しである。時間とともにピーク周波数
は低下するが、この傾向は入力電力が大きいはと、また
周囲温度が高いはど著しくなった。ピーク周波数の低下
した共振子の電極およびグレーティング反射器の金属ス
トリップを走査型電子顕微鏡で観察したところ、ヒロッ
クスと呼ばれる突起物の発生がみられ、明らかに劣化が
認められた。以上の試験結果より、電力加速および温度
加速を考慮して定格仕様での素子の寿命を予測した。こ
こでは、試験条件における素子の寿命として、第3図に
示すようにピーク周波数が変化しはじめる動作時間τを
用いた。また、入力電力の代わりに共振子内に蓄えられ
る共振エネルギーで寿命を評価した。@4図は素子の信
頼性評価の図である。横軸は共振エネルギー、縦軸は素
子の寿命である。パラメータとして電極の膜厚をとり、
共振エネルギーと寿命の関係を実験結果から求めると、
同図の実線および破線の関係が得ら、 8 。
れた。実線は1本発明により膜厚50nmのアルミニウ
ムー銅合金薄膜で共振子を構成した場合で、破線は膜厚
100綿で同じアルミニウム合金薄膜で共振子を構成し
た場合である。以上のように本発明により寿命が大幅に
改善されることが分った。
さらに本発明によれば素子の製造歩留りを改善できる効
果がある。これは、前述したように素子の特性が電極パ
ターンの膜厚に特に依存していることによる。現在の薄
膜作成法では目標膜厚に対し成膜時に膜厚が±5%程度
ばらついてしまい、これが素子の特性、特にピーク周波
数をばらつかせる大きな要因となっていた。したがって
、従来のように膜厚1100nで素子を作成した場合、
膜厚ばらつきの絶対量は±5nrlLであるが、本発明
により膜厚を501Lyxとすると膜厚ばらつきは±2
.5nm  と半分になった。この結果、素子の製造歩
留りは従来の20%程度から70%以上と大幅に改善で
き、大きな効果が得られた。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば50nmと従来に較
べて非常に薄い薄膜で弾性表面波共振子を構成するとい
う簡便な方法で、素子の寿命を改善することができる。
例えば第6図の寿命試験結果を外挿し定格仕様における
寿命を求めると、従来弾性表面波共振子は約4000時
間であるが、本発明の共振子は約500万時間となり、
約10”倍近い改善効果がある。また、本発明では50
rL+xの膜厚で共振子を構成したが、膜厚ばらつき等
を考慮すると55n+x以下の膜厚であれば本実施例と
同様の効果が得られることは明らかである。
さらに1本実施例の弾性表面波共振子の目標寿命は5万
時間以上であり、これから逆算すると膜厚は70nm以
下でおれば目標を満足することができる。また、本実施
例だけで1よ< 、UHF帯以上の高周波で動作する同
様の弾性表面波共振子に対し本発明の技術手段が有効で
あることはいう1でもない。
【図面の簡単な説明】
第1図(α)は本発明の弾性表面波の構成を示す平面図
、第1図(h)はポンディングパッド部の断ffi図第
2図は本実施例の弾性表面波共振子の周波数特性を示す
特性図、第3図は入力電力をパラメータとした動作時間
とピーク周波数変化の関係を示す特性図、第4図は共振
エネルギーと寿命の関係を示す特性図である。 1・・・・・・・・・・・・圧電性基板2・・・・・・
・・・・・・くし形電極5・・・・・・・・・・・・グ
レーティング反射器4・・・・・・・・・・・・ポンデ
ィングパッド5・・・・・・・・・・・・電極指 代理人 弁理士 小 川 勝 男 ・ 12・ 殆1図 (昏) 痢2図 GGにC1;’T    GG13   CG’l  
  G’fD周流手((パHz) 閉5図 動作時閉(−〕

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、圧電性基板上に設けられたくし形電極と金属ストリ
    ップから成るグレーティング反射器で構成され、UHF
    帯以上の周波数で動作する弾性表面波共振子において、
    前記くし形電極およびグレーティング反射器が、70n
    m以下の膜厚を有する電極および金属ストリップで構成
    されていることを特徴とする弾性表面波共振子。
JP15602586A 1986-07-04 1986-07-04 弾性表面波共振子 Pending JPS6313512A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15602586A JPS6313512A (ja) 1986-07-04 1986-07-04 弾性表面波共振子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15602586A JPS6313512A (ja) 1986-07-04 1986-07-04 弾性表面波共振子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6313512A true JPS6313512A (ja) 1988-01-20

Family

ID=15618666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15602586A Pending JPS6313512A (ja) 1986-07-04 1986-07-04 弾性表面波共振子

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JP (1) JPS6313512A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6242991B1 (en) * 1994-11-10 2001-06-05 Fujitsu Limited Surface acoustic wave filter having a continuous electrode for connection of multiple bond wires

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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